nznistuНауки о Земле и недропользованиеEarth sciences and subsoil use2686-99932686-7931Federal State Budget Educational Institution of Higher Education "Irkutsk National Research Technical University"10.21285/2541-9455-2019-42-2-185-193nznistu-58Research ArticleТЕХНОЛОГИИ РАЗВЕДКИ И РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХTECHNOLOGIES OF MINERAL DEPOSITS EXPLORATION AND DEVELOPMENTМоделирование системы управления электроприводом подъема экскаватора ЭШ 20.90 при работе в тяжелых горнотехнических условияхModeling a control system for the lifting drive of ESH 20.90 excavators operating in arduous mining conditionsСорокинА. В.SorokinA. V.

кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, Институт недропользования

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of Mining Machines and Electromechanical Systems, Institute of Subsoil Use

83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia

sorokinav@bgu.ruИркутский национальный исследовательсий технический университетРоссияIrkutsk National Research Technical UniversityRussian Federation201908092020422185193Copyright © Сорокин А.В., 20202020Сорокин А.В.Sorokin A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nznj.ru/jour/article/view/58

Основным средством механизации горных работ при вскрыше угольных месторождений в регионах Сибири являются шагающие экскаваторы. Надежность функционирования и производительность вскрышных экскаваторов-драглайнов определяют эффективность работы горных предприятий. Проведенные исследования показали, что большой процент выхода из строя механического оборудования угольных разрезов связан с поломками экскаваторов-драглайнов. Ограничение динамических нагрузок в кинематических элементах привода подъема драглайна ЭШ 20.90 при работе в тяжелых горнотехнических условиях повышает эксплуатационную надежность. Был проведен анализ отказов механического оборудования экскаваторов ЭШ 20.90. Большая часть поломок горного оборудования связана с выходом из строя тяговых и подъемных механизмов, что показала обработка статистической информации. Количественное проявление отказов драглайнов, работающих в регионах Сибири, продемонстрировало, что необходимо снижать уровень нагрузки на кинематические узлы механической конструкции в зимние месяцы года для повышения их надежности. Также наиболее критичными являются осенние и весенние месяцы, имеющие наибольший градиент суточных температур. В ходе работы была исследована замкнутая система управления электроприводом подъема, реализованная по традиционному принципу. Моделирование показало недопустимый уровень динамических нагрузок, возникающих в кинематической схеме экскаватора, эксплуатирующегося при низких температурах. Разработана система управления привода подъема экскаватора ЭШ 20.90 с управлением момента двигателя в зависимости от скорости и стабилизацией постоянной мощности привода. Результаты исследований показали, что динамические напряжения в механической конструкции экскаватора, приводящие к разрушениям, существенно уменьшаются. Применение предлагаемой системы управления приводом подъема повышает эксплуатационную надежность оборудования. Также обоснована целесообразность применения предлагаемой системы управления для привода подъема экскаваторов-драглайнов.

Walking excavators (ESH) are the main mechanization means when developing coal fields in the regions of Siberia. The operational reliability and in-use performance of overburden dragline excavators determine the mining enterprises’ capacity. The previous studies show that a large percentage of the failures of the mechanical equipment used in opencast mining is connected with the draglines. Reduction of the dynamic load in the kinematic elements of the ESH 20.90 lifting drive increases the operational reliability of the excavators operating in arduous conditions. The statistical analysis has shown that most of the excavators’ breakdowns are connected with the failures of their traction and lifting mechanisms. Therefore, to increase the draglines’ reliability, it is necessary to limit the load on the kinematic elements of the mechanical structure in the periods of the year with a significant temperature gradient. For this purpose, a standard closed-loop control system of the lifting electric drive has been modelled. The modelling has shown an unacceptable level of the dynamic loads arising in the kinematic elements of the excavators operating at low temperatures. As a result, an advanced lifting drive control system for the ESH 20.90 excavator has been developed. The system allows to control the engine torque by the speed, and to stabilize the sustained power of the drive. The study has shown that the suggested system significantly reduces the dynamic stress in the mechanical elements and therefore, increases the excavator’s operational reliability. The application of the developed control system for the lifting drives of dragline excavators has been substantiated.

система управленияэлектроприводэкскаваторэкскаватор-драглайнснижение динамических нагрузокЭШ 20.90control systemelectric driveexcavatordraglinedynamic load reductionESH 20.90ReferencesШадрин А.И., Махно Д.Е., Авдеев А.Н., Макаров А.П. Хладноломкость и хладостойкость металлоконструкций горных машин в условиях Севера. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 232 с.Shadrin A.I., Makhno D.E., Avdeev A.N., Makarov A.P. Khladnolomkost' i khladostoikost' metallokonstruktsii gornykh mashin v usloviyakh Severa [Cold brittleness and cold resistance of mining machines’ steel structures in the conditions of the North]. Irkutsk: Irkutsk State Technical UniversityМакаров А.П., Красноштанов С.Ю. Хладноломкость и хрупкость металлов и конструкций карьерных экскаваторов // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2010. № 5. С. 66–69.Publ., 2010, 232 р. (In Russ.).Махно Д.Е., Красноштанов С.Ю., Ишков А.М., Викулов М.А. Технология и техника горных предприятий Севера. Иркутск: Изд-во ИРНИТУ, 2015. 216 с.Makarov A.P., Krasnoshtanov S.Yu. Cold brittleness and brittleness of metals and structures of mining excavators. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal, 2010, no. 5, рр. 66–69. (In Russ.).Пат. № 2255184, Российская Федерация, МКИ Е 02 F9/20, H 02 P 5/00. Способ управления электроприводом постоянного тока одноковшового экскаватора и устройство для его осуществления / С.С. Леоненко, Д.Е. Махно, А.В. Сорокин, А.С. Леоненко, М.В. Павлов. Заявл. 13.05.2004; опубл. 27.06.2005. Бюл. № 18.Makhno D.E., Krasnoshtanov S.Yu., Ishkov A.M., Vikulov M.A. Tekhnologiya i tekhnika gornykh predpriyatii Severa [Technology and equipment of mining enterprises of the North]. Irkutsk: Irkutsk National Research Technical University Publ., 2015, 216 р. (In Russ.).Сорокин А.В. Двухканальная система управления приводов экскаваторов, эксплуатирующихся при низких температурах // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2010. № 2 (42). С. 126–130.Leonenko S.S., Makhno D.E., Sorokin A.V., Leonenko A.S., Pavlov M.V. Sposob upravleniya elektroprivodom postoyannogo toka odnokovshovogo ekskavatora i ustroistvo dlya ego osushchestvleniya [Control method and control device for DC electric drive of single-bucket excavator]. Patent RF, no. 2255184, 2005. (In Russ.).Иов И.А., Сорокин А.В., Леоненко А.С. Снижение уровня динамических нагрузок в элементах редуктора привода тяги экскаваторовдраглайнов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 8 (91). С. 22–26.Sorokin A.V. Two-channel system to control excavator drives operating at low temperatures. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2010, no. 2 (42), рр. 126–130. (In Russ.).Сорокин А.В. Иов И.А., Леоненко А.С. Исследование системы управления электроприводом тяги экскаватора ЭШ 20.90 при работе в тяжелых горнотехнических условиях // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 7 (102). С. 91–96.Iov I.A., Sorokin A.V., Leonenko A.S. Dynamic load reduction in dragline gear traction drive elements. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2014, no. 8 (91), рр. 22–26. (In Russ.).Kuznetsov N.K., Makhno D.E., Iov I.A. Damping elastic oscillations of digging mechanism // IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 87 (2). [Электронный ресурс]. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755- 1315/87/2/022011/pdf (17.05.2019).Sorokin A.V. Iov I.A., Leonenko A.S. Study of ЭШ 20.90 excavator traction electric drive control system at arduous mining conditions. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2015, no. 7 (102), рр. 91–96. (In Russ.).Кузнецов Н.К., Иов И.А., Иов А.А. Разработка электромеханической модели механизма тяги шагающего экскаватора // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 11. С. 53–66. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-11-53-66.Kuznetsov N.K., Makhno D.E., Iov I.A. Damping elastic oscillations of digging mechanism. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science, 2017, vol. 87 (2). Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/87/2/022011/pdf (accessed 17 May 2019).Kuznetsov N.K., Iov I.A., Iov A.A. Investigation of dynamics of excavator digging mechanism with additional drive // IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 193 (3) [Электронный ресурс]. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755- 1315/194/3/032014/pdf (17.05.2019).Kuznetsov N.K., Iov I.A., Iov A.A. Developing electromechanical model of walking dragline traction mechanism. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2017, vol. 21, no. 11, pp. 53–66. (In Russ.). DOI: 10.21285/1814-3520-2017-11-53-66.Иов И.А. Исследование надежности редукторов шагающих экскаваторов ЭШ 20.90 // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 5 (88). С. 29–33.Kuznetsov N.K., Iov I.A., Iov A.A. Investigation of dynamics of excavator digging mechanism with additional drive. IOP Conference. Series: Earth and Environmental Science. 2018, vol. 193 (3).Broido V.L., Krasnoshtanov S.U. Improvement of operation stability of crucial parts and constructions when repairing dredges and other mining machines exploited in conditions of North // IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327 [Электронный ресурс]. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757- 899X/327/3/032012/pdf (17.05.2019).Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/194/3/032014/pdf (accessed 17 May 2019).Пат. № 152922, Российская Федерация, МПК E02F9/20. Устройство управления тяговой лебедкой экскаватора-драглайна / Е.А. Дмитриев, М.В. Корняков, А.И. Найденов, С.Ю. Красноштанов. Заявл. 09.09.2014; опубл. 02.06.2015. Бюл. № 17.Iov I.A. Reliability study of walking dragline ESh 20.90 reduction gear. Vestnik Irkutskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta [Proceedings of Irkutsk State Technical University], 2014, no. 5 (88), рр. 29–33. (In Russ.).Пат. № 167811, Российская Федерация, МПК G02B 21/06. Портативный цифровой микровизор / Е.О. Гурков, А.Н. Шевченко, М.В. Корняков, С.Ю. Красноштанов. Заявл. 28.04.2016; опубл. 10.01.2017. Бюл. № 1.Broido V.L., Krasnoshtanov S.U. Improvement of operation stability of crucial parts and constructions when repairing dredges and other mining machines exploited in conditions of North. IOP Conference. Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 327. Available at: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/327/3/032012/pdf (accessed 17 May 2019).Dmitriev E.A., Kornyakov M.V., Naidenov A.I., Krasnoshtanov S.Yu. Ustroistvo upravleniya tyagovoi lebedkoi ekskavatora-draglaina [Traction winch control device for dragline excavator]. Patent RF, no. 152922, 2015. (In Russ.).Dmitriev E.A., Kornyakov M.V., Naidenov A.I., Krasnoshtanov S.Yu. Ustroistvo upravleniya tyagovoi lebedkoi ekskavatora-draglaina [Traction winch control device for dragline excavator]. Patent RF, no. 152922, 2015. (In Russ.).Gurkov Е.O., Shevchenko A.N., Kornyakov M.V., Krasnoshtanov S.Yu. Portativnyi tsifrovoi mikrovizor [Portable digital microvizor]. Patent RF, no. 167811, 2017.Gurkov Е.O., Shevchenko A.N., Kornyakov M.V., Krasnoshtanov S.Yu. Portativnyi tsifrovoi mikrovizor [Portable digital microvizor]. Patent RF, no. 167811, 2017.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.